Reconstituer les climats anciens, comprendre le réchauffement actuel et modéliser les climats futurs (programme de Tle, thème « Science, climat et société »).
Évaluation complète de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Reconstituer les climats passés
Corrigé :
Un proxy est une grandeur mesurable (chimique, physique ou biologique) conservée dans une archive et reliée à une variable climatique passée ; on ne mesure pas directement la température, mais un indicateur. Il doit être étalonné : on calibre la relation proxy ↔ climat sur la période actuelle pour pouvoir l'appliquer au passé. (1,5 pt)
Deux archives, par exemple : carottes de glace → bulles d'air fossiles (teneur en CO₂/CH₄) et $\delta^{18}\text{O}$ (température) ; sédiments marins → foraminifères (espèces et isotopes renseignant température et volume des glaces). Cernes d'arbres et pollens également acceptés. (1,5 pt)
Le principe d'actualisme suppose que les lois physiques et biologiques (et donc la relation proxy ↔ climat) observées aujourd'hui s'appliquaient déjà dans le passé. Il est nécessaire car sans lui on ne pourrait pas interpréter un proxy ancien à partir d'une calibration faite sur l'actuel. (1 pt)
Exercice 2 — Raisonnement sur document : corrélation température-CO₂
Corrigé :
Sur 800 000 ans, température et CO₂ sont fortement corrélés : les périodes chaudes (interglaciaires) correspondent à des teneurs élevées en CO₂ (~280-290 ppm) et les périodes froides (glaciaires) à des teneurs basses (~180-200 ppm). Les deux courbes évoluent en parallèle. (1,5 pt)
Le forçage déclencheur est constitué des paramètres orbitaux (théorie de Milankovitch) : l'excentricité de l'orbite (~100 000 ans), l'obliquité de l'axe (~41 000 ans) et la précession des équinoxes (~23 000 ans). Ils modifient la répartition de l'énergie solaire reçue. (1,5 pt)
Le forçage orbital seul est trop faible pour expliquer l'amplitude des variations. Le réchauffement initial provoque un dégazage de CO₂ par l'océan (rétroaction positive : plus de CO₂ → effet de serre renforcé → plus de réchauffement) et une fonte des glaces qui abaisse l'albédo (surfaces sombres absorbant plus d'énergie → réchauffement supplémentaire). Ces rétroactions amplifient le signal initial. (2 pt)
Exercice 3 — Cycle du carbone et déséquilibre actuel
Corrigé :
Un réservoir est une masse de carbone stockée dans un compartiment (atmosphère, biosphère, sols, océans), exprimée en GtC (gigatonnes de carbone). Un flux est un échange de carbone entre deux réservoirs, exprimé en GtC/an. (1,5 pt)
Accumulation atmosphérique = émissions − absorption par les puits = $10 - \frac{10}{2} = 10 - 5 = 5$ GtC/an. Chaque année, environ 5 GtC s'accumulent donc dans l'atmosphère. (1,5 pt)
Le CO₂ de la photosynthèse et de la respiration provient du cycle rapide : à l'état naturel, le carbone prélevé par la photosynthèse est restitué par la respiration/décomposition, ces flux s'équilibrent et il n'y a pas d'accumulation nette. Le carbone fossile, lui, était stocké hors du cycle rapide depuis des millions d'années (charbon, pétrole, gaz). Le brûler réintroduit un carbone supplémentaire que les puits naturels n'absorbent qu'à moitié : il s'accumule et fait croître la concentration atmosphérique, déséquilibrant le cycle. (2 pt)
Exercice 4 — Origine humaine du réchauffement : analyse de documents
Corrigé :
Document 1 : la teneur actuelle en CO₂ (>420 ppm) est sans précédent sur 800 000 ans (max passé ~290 ppm) et coïncide avec l'industrialisation : cette anomalie pointe une cause non naturelle, donc humaine. Document 2 : le carbone fossile est appauvri en ¹³C ; la baisse de ¹³C atmosphérique trahit l'ajout d'un CO₂ d'origine fossile, brûlé par l'Homme, et non d'origine volcanique ou océanique. (2 pt)
Document 3 : un modèle validé ne reproduit la courbe de température 1850-2020 que lorsqu'on inclut les émissions anthropiques de GES ; les forçages naturels seuls (Soleil, volcans) ne suffisent pas. Le réchauffement observé exige donc le forçage humain pour être expliqué. (1 pt)
Synthèse : la concentration en CO₂ atteint un niveau jamais vu en 800 000 ans, exactement depuis l'industrialisation (doc 1) ; la signature isotopique du CO₂ ajouté (baisse du ¹³C) est celle du carbone fossile brûlé par l'Homme (doc 2) ; enfin, seuls les modèles incluant les émissions humaines reproduisent le réchauffement observé (doc 3). La convergence de ces trois indépendants établit que le réchauffement climatique actuel est d'origine humaine. (1 pt)
Exercice 5 — Climats futurs, modèles et choix de société
Corrigé :
Un modèle calcule le climat correspondant à un scénario d'émissions donné : le résultat dépend de ce scénario (choix humains) et de processus physiques encore incertains (nuages, biosphère). Il dit « si telles émissions, alors tel climat » : c'est une projection conditionnelle, assortie d'incertitudes, et non une prédiction unique et certaine. (1 pt)
Dans le scénario bas (fortes réductions d'émissions), le réchauffement à 2100 est d'environ +1,4 °C ; dans le scénario haut (émissions élevées), il dépasse +4 °C. L'écart considérable montre que les décisions actuelles de société (réduction des émissions) déterminent largement le climat futur. (1 pt)
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